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黄土高原生物结皮覆盖对土壤线虫垂直分布格局的影响

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生态学报 2024年第19期44卷 8447-8458页

作者：张颖肖波王彦峰曹尤淞中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院大学北京100049

线虫在土壤食物网中占多个营养级,是土壤生态过程的重要指示生物,对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响,但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。分别采集藓结... 详细信息

线虫在土壤食物网中占多个营养级,是土壤生态过程的重要指示生物,对维持生态系统结构与功能具有重要作用。生物结皮作为“荒漠工程师”对干旱生态系统的生物多样性具有积极影响,但其对土壤线虫群落的影响与机制尚不明确。分别采集藓结皮和藻结皮覆盖下不同深度(0—14 cm,每2 cm一层)的土壤以及无结皮土壤,采用Baermann湿漏斗法提取土壤线虫并鉴定计数,对比分析了生物结皮类型和土层深度对土壤线虫属的丰富度、丰度和多样性的影响及其途径。结果表明:(1)无结皮土壤中线虫以头叶属(Cephalobus)、细齿属(Leptonchus)和微矛属(Microdorylaimus)为优势属,而生物结皮覆盖土壤中线虫以无咽属(Alaimus)、细齿属(Leptonchus)、鹿角纯属(Cervidellus)和微矛属(Microdorylaimus)为优势属;(2)与无结皮相比,藻结皮使土壤线虫的属的丰富度、丰度和Shannon指数分别提高了35.2%、89.2%和4.5%,而藓结皮分别提高了44.4%、83.0%和24.8%;(3)两类生物结皮覆盖土壤剖面中线虫丰度均呈单峰分布,其中6—8 cm土层丰度最高,是深土层的3.2—11.7倍;而Shannon指数随土壤深度的增加而增加,表土层是深土层的1.5—1.7倍;(4)土壤温度、速效磷和有机质含量是影响线虫属的丰富度的主要因素,有机质、NH+4-N和NO-3-N含量是影响线虫丰度的主要因素,而土壤温度、含水量和速效磷含量是影响线虫多样性的主要因素。生物结皮可通过提升土壤含水率和养分含量、降低土壤温度等途径显著提升土壤线虫的丰度和多样性,并通过影响土壤理化性质的垂直分布继而间接调控土壤线虫群落的垂直分布格局,这对于理解生物结皮维持和提升干旱生态系统的生物多样性与生态系统多功能性具有重要帮助。

关键词：藓结皮藻结皮土壤动物生物多样性生态系统多功能性干旱生态系统

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植被恢复下黄土高塬沟壑区的产流机制与模式

人民黄河 2024年第9期46卷 42-49,66页

作者：穆兴民马雪燕王双银高鹏孙文义赵广举西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

明确流域产流机制及产流模式是构建水文模型和土壤侵蚀模型的基础,对流域综合治理及水资源的合理开发利用等具有重要指导意义。为揭示植被恢复对黄土高原产流机制及产流模式的影响,把黄土高塬沟壑区以草地自然恢复为主的董庄沟小流域和... 详细信息

明确流域产流机制及产流模式是构建水文模型和土壤侵蚀模型的基础,对流域综合治理及水资源的合理开发利用等具有重要指导意义。为揭示植被恢复对黄土高原产流机制及产流模式的影响,把黄土高塬沟壑区以草地自然恢复为主的董庄沟小流域和以人工造林恢复为主的杨家沟小流域作为研究区,分析了两条对比小流域在不同降雨类型下的场次洪水过程线及其退水曲线,研究了植被恢复下黄土高塬沟壑区产流模式变化。结果表明:1)随植被覆盖度及其生态水文功能的提升,小流域的产流能力显著减弱,洪水历时延长,地表径流量占比减小,洪峰趋于坦化,尤其以人工造林恢复为主的小流域产流过程变化更为显著;2)随着植被生态水文功能的恢复,洪水径流组分不再是单一的地表超渗径流,而是逐渐转向由超渗地表径流和壤中流构成,甚至由地表饱和径流和壤中流构成,即黄土高塬沟壑区小流域产流模式有从传统的典型超渗产流逐渐向“浅层蓄满”产流转变;3)黄土高塬沟壑区产流模式的转变,能将广义的降水资源转化为土壤水和壤中流,调节径流的季节分配,有助于增加植被生态用水,促进半干旱区植被生态系统的健康和稳定发展。

关键词：植被恢复产流机制水土保持生态水文黄土高原

沙盖黄土坡面产流产沙对坡长和覆沙厚度的响应

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北京林业大学学报 2024年第10期46卷 81-89页

作者：王庆妮曹晓娟刘颖张风宝西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

【目的】沙盖黄土坡面是黄土高原水蚀风蚀交错区多动力综合作用下形成的特殊地貌单元,存在特殊侵蚀方式。研究该类坡面产流产沙过程对坡长和覆沙厚度的响应,可为该区内水土流失预防预报提供理论依据。【方法】基于室内模拟降雨试验,以... 详细信息

【目的】沙盖黄土坡面是黄土高原水蚀风蚀交错区多动力综合作用下形成的特殊地貌单元,存在特殊侵蚀方式。研究该类坡面产流产沙过程对坡长和覆沙厚度的响应,可为该区内水土流失预防预报提供理论依据。【方法】基于室内模拟降雨试验,以未覆沙黄土坡面为对照,定量分析坡长(1和3 m)和覆沙厚度(2、5和10 cm)对坡面产流产沙变化的影响。【结果】(1)覆沙较未覆沙黄土坡面初始产流时间延长3~30.72倍,平均产流速率降低25%~84%,平均产沙速率增大3.03~15.91倍,含沙量增加3.38~18.07倍,且都随覆沙厚度增加而加强。(2)1 m坡长10 cm覆沙对产流速率减少作用强烈,3 m坡长平均产流速率在不同覆沙厚度下变化较小;不管是否覆沙,3 m坡长平均产沙速率和含沙量明显高于1 m坡长。(3)降雨过程中,坡长和覆沙厚度的增加能够协同增强产流产沙过程的变异性,1 m坡长未覆沙坡面瞬时产流速率高于覆沙,3 m坡长较厚覆沙坡面产流产沙陡增陡降,有明显峰值,瞬时径流系数出现大于1的现象。(4)结构方程模型分析表明,坡长对产流速率影响最大(路径系数为0.65),覆沙厚度对产沙速率影响最大(路径系数为0.71),坡长通过产流以间接正效应(路径系数为0.40)影响产沙。【结论】坡长增加了坡面产流产沙率,覆沙厚度减少了产流率,增加了产沙率。坡长和覆沙厚度协同增强了产流产沙过程的变异性,使得降雨过程中产流产沙模式发生了明显变化。

关键词：产流产沙坡长覆沙厚度含沙量

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高浓度CO对土壤有机碳矿化的影响

土壤学报 2024年

作者：汪若瑶李媛媛夏彬高子惠赵允格许明祥西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

土壤气体CO2浓度常高于大气，目前土壤有机碳矿化相关研究多在大气或模拟大气CO2浓度增加条件下展开，可能导致研究结果与土壤剖面实际有机碳矿化过程有所偏差，土壤中高浓度CO2如何影响有机碳矿化尚不清楚。采用室内培养试验，设置CK(... 详细信息

土壤气体CO2浓度常高于大气，目前土壤有机碳矿化相关研究多在大气或模拟大气CO2浓度增加条件下展开，可能导致研究结果与土壤剖面实际有机碳矿化过程有所偏差，土壤中高浓度CO2如何影响有机碳矿化尚不清楚。采用室内培养试验，设置CK(400μmol·mol-1，大气水平)、800、2 000、4 000、6 000和8 000μmol·mol-16个CO2浓度梯度，研究不同浓度CO2对土壤有机碳矿化的影响。结果表明：1)土壤中高浓度CO2(2 000～8 000μmol·mol-1)显著抑制土壤有机碳矿化，矿化速率降低6.27%～45.61%，累积矿化量降低1.72%～40.82%;2)土壤中较低浓度的CO2(800μmol·mol-1)显著促进土壤有机碳矿化，矿化速率增加4.26%～16.75%，累积矿化量增加了17.37%～48.43%;3)土壤中CO2浓度影响了活性有机碳组分的含量，在一定CO2浓度范围内，土壤微生物生物量碳（MBC）含量较CK显著增加，可溶性有机碳（DOC）含量较CK显著降低，易氧化有机碳（EOC）含量变化不显著；4)CO2浓度与有机碳矿化特征、EOC显著负相关，与DOC显著正相关，与MBC无显著相关性；5)在温湿度适宜条件下，CO2浓度对土壤有机碳累积矿化量贡献率达22.93%。综上，高浓度CO2通过影响土壤有机碳易利用性碳源，显著抑制了土壤有机碳矿化，可能是维持土壤有机碳稳定的重要因素之一。

关键词：高浓度CO 土壤有机碳有机碳矿化活性有机碳组分有机碳稳定性

黄河流域-黄土高原水土保持与高质量发展：成效、问题与对策

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河南师范大学学报(自然科学版) 2024年第1期52卷 1-7+181页

作者：邓蕾王凯博汪晓珍李继伟上官周平西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院地球环境研究所

水土保持是新时期山水林田湖草沙系统治理的核心，在保障黄土高原生态安全屏障方面具有重要作用.黄土高原地区自实施一系列生态治理工程以来，水土保持和生态建设等成绩斐然.基于长期监测及生态系统关键过程等研究基础，分析了黄土高原... 详细信息

水土保持是新时期山水林田湖草沙系统治理的核心，在保障黄土高原生态安全屏障方面具有重要作用.黄土高原地区自实施一系列生态治理工程以来，水土保持和生态建设等成绩斐然.基于长期监测及生态系统关键过程等研究基础，分析了黄土高原水土保持与生态治理的成效，剖析了水土保持高质量发展中存在的主要问题，主要表现在区域脆弱的生态环境仍未根本改变、生态系统稳定性仍面临巨大挑战、灾害风险依然较为严重、水土保持监管水平薄弱等方面.据此，从该地区水土保持与生态高质量发展角度出发，提出了未来黄土高原水土保持与高质量发展的若干对策建议，以更好地服务黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略.

关键词：黄土高原水土保持生态治理高质量发展

外源有机物料性质对黑土农田土壤微生物碳组分的影响

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植物营养与肥料学报 2024年第5期30卷 980-995页

作者：王子郡黄菁华麦建军胡斐南赵世伟中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

【目的】探索在不同性质和用量的有机物料输入后黑土农田微生物碳组分的变化规律及其对土壤有机碳的贡献,明确东北黑土农田固碳的微生物过程,为黑土培肥和可持续发展提供理论支持。【方法】采用室内培养方法,供试黑土采自黑龙江省克山... 详细信息

【目的】探索在不同性质和用量的有机物料输入后黑土农田微生物碳组分的变化规律及其对土壤有机碳的贡献,明确东北黑土农田固碳的微生物过程,为黑土培肥和可持续发展提供理论支持。【方法】采用室内培养方法,供试黑土采自黑龙江省克山试验站的典型黑土农田,供试有机物料包括玉米秸秆(S)、生物炭(B)、水溶性有机肥(D),各有机物料均设3个施用量水平(低量、中量和高量),并以施化肥(F)和不施肥(CK)为对照,共计11个处理。在培养开始后的第5、15、30、60、105天分别采样,测定土壤有机碳(SOC)含量、微生物生物量碳(MBC)含量、细菌生物量(Ba)、真菌生物量(Fu)和微生物残体碳(MRC)含量。细菌与真菌生物量以其特征磷脂脂肪酸含量表征,微生物残体碳由不同土壤氨基糖含量表征的细菌与真菌残体量转换计算。【结果】与CK和F处理相比,3类有机物料输入均增加了土壤SOC、MBC和MRC含量,提升了MRC对SOC的贡献(MRC/SOC)。土壤MBC和MRC含量随秸秆和生物炭施用量的增加而提升,随水溶性有机肥施用量的增加而下降。在105天培养期内,所有处理MBC、MRC峰值均出现在培养第30、60天,3个有机物料分别以S3、B3和D1的提升效果最大。与CK相比,培养105天时S3、B3和D1处理的MBC分别提高了39.1%、8.2%和28.9%,真菌残体碳(FRC)含量分别提高了47.9%、43.5%和58.1%,S3和D1处理的细菌残体碳(BRC)含量分别提高了18.5%和16.5%。9个有机物料C/N和全氮(TN)含量与微生物碳组分的回归分析发现,有机物料C/N低于29.89、28.57时,分别与培养105天的MBC和BRC呈正相关关系,高于该阈值时呈负相关关系(P控制水溶性有机肥投入量有利于微生物碳组分的积累,促进土壤有机碳的固定。

关键词：东北黑土有机物料含氮量有机物料碳氮比土壤有机碳微生物残体碳微生物生物量碳

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基于冷冻-微波法的污水净化试验研究

中国农村水利水电 2024年

作者：吴雷张博栗现文胡亚鲜王瑞琪陈俊英西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室西北农林科技大学水土保持科学与工程学院黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

为探究冷冻-微波法净化污水水质效果，本研究设计室内污水冻结成冰，结合微波快速解冻，按T1～T5时间段收集融出水试验。结果表明：(1)17 min的微波解冻可取代传统14.5 h的污水冰解冻。(2)T1+T2的微波处理，去除污水中59.18%和64.57%以... 详细信息

为探究冷冻-微波法净化污水水质效果，本研究设计室内污水冻结成冰，结合微波快速解冻，按T1～T5时间段收集融出水试验。结果表明：(1)17 min的微波解冻可取代传统14.5 h的污水冰解冻。(2)T1+T2的微波处理，去除污水中59.18%和64.57%以上的理化指标含量和离子含量，同时色度、浑浊度、絮状沉淀也显著减少。(3)微波解冻17 min后的水产品中，TDS与总硬度中浓度比最大仅0.16，总碱度、HPO3、PO43-、CODMn、SiO2、H2SiO3的浓度在0.20～0.41之间；K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-浓度比仅在0.05～0.20之间；As的浓度接近0。(4)主成分分析结果显示，冷冻-微波法净化TDS及总阴离子净化效果最好，主成分综合得分Y分别为4.55和3.65。总体而言，结合冻融过程与微波快速解冻，可快速、高效地实现污水处理。

关键词：微波污水净化冻融浓度比去除率

树干液流对蒸腾驱动因子响应的土壤水分限制与非限制特征

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应用生态学报 2024年第4期35卷 1064-1072页

作者：常乐刘美君吕金林杜盛西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 陕西省西安植物园西安710061

蒸腾耗水是森林生态系统水循环的重要组成部分,这一过程由气象因子驱动并可能受到土壤水分条件的限制。本研究采用Granier热扩散探针法,对半干旱黄土丘陵区辽东栎、侧柏和刺槐的树干液流动态进行监测,结合同期连续监测的主要气象要素和... 详细信息

蒸腾耗水是森林生态系统水循环的重要组成部分,这一过程由气象因子驱动并可能受到土壤水分条件的限制。本研究采用Granier热扩散探针法,对半干旱黄土丘陵区辽东栎、侧柏和刺槐的树干液流动态进行监测,结合同期连续监测的主要气象要素和土壤体积含水量(SWC),分析并确定以土壤水分阈值区分树干液流对蒸腾驱动因子响应的限制与非限制模式。结果表明:辽东栎和刺槐的平均液流通量密度(J_(s))在土壤含水量较高时期显著高于土壤含水量较低时期,侧柏J_(s)在两个时期的差异不显著。使用指数饱和函数对各树种的J_(s)与反映太阳辐射和空气水汽压亏缺的整合蒸腾变量(VT)进行拟合,拟合曲线参数的差异表明,在不同土壤水分条件下J_(s)与VT之间存在不同的响应模式。土壤水分对各样树树干液流的限制作用存在阈值效应,辽东栎、侧柏和刺槐的SWC阈值分别为0.129,0.116和0.108 m^(3)·m^(-3);在SWC低于其阈值时,各树种J_(s)受土壤水分限制,在高于阈值后辽东栎和侧柏的归一化敏感指数(NSI)值达到饱和,而刺槐的NSI值仍未达到饱和,但受土壤水分的限制明显降低。3个树种中,侧柏最容易摆脱土壤水分限制。

关键词：黄土丘陵区树干液流土壤含水量阈值

不同含水量及冻结温度对黑土冻融循环过程有机碳矿化的影响

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水土保持学报 2024年第4期38卷 55-62页

作者：张博刘会敏毕鑫宇高航宋媛胡亚鲜栗现文西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法]以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行... 详细信息

[目的]冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法]以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行7次冻融循环,设置100%田间持水量(100%WHC)、60%田间持水量(60%WHC)和30%田间持水量(30%WHC)3种土壤含水量;10℃恒温处理(对照)、-5℃冻结处理(轻度冻结)和-15℃冻结处理(重度冻结)3种环境温度。[结果]冻融循环次数、含水量和冻结温度对CO_(2)排放量有显著影响,影响度分别为-0.63,0.21,0.14。解冻过程显著增加土壤碳矿化量;轻度冻结时,前3次冻融循环60%WHC土壤碳矿化量比100%WHC和30%WHC分别提高33.0%,35.2%,后4次冻融循环差异不明显;重度冻结时,前2次冻融循环100%WHC土壤碳矿化量,比60%WHC和30%WHC土壤分别提高25.2%,68.0%,后5次冻融循环差异不明显。[结论]冻融循环次数对土壤CO_(2)排放量影响最大,含水量次之,冻结温度最小。冻融作用增加低含水量土壤的CO_(2)累积排放量;降低高含水量土壤的CO_(2)累积排放量;而对中等含水量土壤,轻度冻结增加CO_(2)累积排放量,重度冻结降低CO_(2)累积排放量。一级动力学方程对冻融土壤CO_(2)排放量的拟合效果较好(R^(2)>0.997),含水量和冻结温度对有机碳矿化潜力C0值有显著影响。

关键词：土壤有机碳矿化土壤含水量冻融循环冻结温度黑土